地下公路隧道工程论文参考文献

深埋隧道工程的灾害地质问题论文

摘要 ：在进行深埋隧道工程施工过程中，由于洞程较长，洞深埋设较大，地质条件较复杂，在施工时，如果处理措施不当会出现高地温、岩爆、高压涌水等问题。鉴于此，以实际工程为例，对深埋隧道工程主要存在的灾害地质问题进行了分析和探讨，保证了施工的顺利进行，以期为类似工程提供参考与借鉴。

关键词 ：深埋隧道工程；灾害地质；高压涌水

1工程概况

太行山高速公路邯郸东坡隧道位于武安市岭底村南、七水岭村东、涉县东坡村东北处。隧道为分离式特长隧道，隧道工程总施工长度为3134m。左幅为ZK38+624~ZK41+740，长3116；右幅为K38+642~K41+776。最大埋深为176m。本文以此工程为例，对深埋隧道工程主要灾害地质问题进行分析和探讨。

2深埋隧道中的高地温难题

深埋地下隧道的工程中，地质问题是需要进行探索和研究的关键领域，最先要通过预测天然地温，一旦地温超过30℃一般将其称之为高地温。高地温不仅会恶化深埋隧道作业的环境，还会严重降低工人的劳动生产率，甚至会对现场施工人员的生命造成极大危害。此外，对深埋隧道施工材料选取的难度也相应增加[1]。然而，地温值是随着地下工程埋深在不断变化的，但地下工程的最大埋深和地温值的增加关系不是呈线性的，因为造成这种深埋隧道中的高地温问题的原因主要是地下水活动以及近期岩浆活动中放射性生热元素含量较高等。

3深埋隧道与岩爆的高地应力问题

在深埋地下隧道的工程中，其中一个突出的地质难题就是岩爆问题。地下隧道工程埋得越深，其地应力就会越高。深埋隧道工程和近地表工程的不同之处除了具有较高的水平构造应力外，最主要取决于围岩出现的高地应力。它不仅在硐侧壁引起高压应力，还导致硐顶部出现高拉应力，这样会导致硐室围岩不稳定，埋下隐患。由于高地应力的存在，一些黏性土含量较高，而硬岩含量较低的围岩就会产生被塑性挤出的可能。高地应力不断释放，地下隧洞就会发生变形，往往会出现隧洞短时间内突然变小的异常现象。就好比从掌子面距离正洞30m开始，洞身变形的长度有40m，起初的支架保护结构破坏就会非常严重，通过测量计算，隧洞拱顶的下沉在10~20cm之间，隧洞的拱脚和边墙也出现不同程度的挤压和移位，甚至还有混凝土开裂的情况[2]。这时就需设计一套科学有效、刚柔结合、综合治理的施工方案。为克制高地应力，考虑使用约1万根超长锚杆，要求总长超过11×104m，把地下隧洞中的断面改成环形成拱，做到先柔后刚、先放后抗的设计要求。岩爆受影响的原因有地震爆破，也有相邻岩爆或机械等外因动力的振动，但其中影响岩爆的最基本原因是岩石的结构特征。经过大量的数据分析发现，岩石颗粒排列呈定向排列还是随机排列，岩石是胶结连接还是结晶连接，是钙质胶结还是硅质胶结，这最终关系着岩爆烈度的强弱。例如：（1）随机排列的花岗岩、闪长岩等岩石的岩爆烈度，会比片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩等具有定向排列的围岩颗粒更强一些；（2）结晶连接的深层岩浆岩石中的岩爆烈度比胶结连接的沉积岩强；（3）具有硅质胶结岩石的天生桥二级水电站引水隧洞比关村坝的隧道中钙质胶结岩石的爆烈度强。

4深埋隧道中的高压涌水难题

深埋地下隧道的施工过程中，除了高地温以外，涌水问题也成为隧道运营中亟待解决的又一难题。由于地质条件复杂，隧道通过的地段会挖掘出很多水流量大的地质单元，一般就会出现涌水量大或水头压力高的情况。地下水水压在深部岩体中极高时，就会导致岩体水力劈裂。这就说明在高水头压力的作用下，在岩体的突水点附近，岩体断续裂隙、裂缝是朝着某个方向的，受网状交织的构造裂隙影响，经过融合后发生扩展的裂隙、空隙最终张裂开来。随着隧道深部岩体涌水量越来越大，地下水水压越来越高，会导致深埋隧道工程围岩水力劈裂。一旦出现水力劈裂的情况，就会迅速连通裂隙，空隙的张裂程度就会越来越大，涌水的渗透力会越来越强。再加上动水压力的影响，裂隙会再扩展，而使在裂隙面上的充填物发生剪切变形和位移。不论是在深埋隧道工程中还是在浅埋隧道中，容易发生的地质灾害主要表现为断层破碎带，岩体不整合接触面和结构不利组合段造成的塌方、地震，还有瓦斯爆炸、有害气体以及溶岩塌陷、泥屑流等[3]。其中，瓦斯爆炸主要指甲烷CH4在相对封闭的煤系构造地层中，由冲击波的产生、剧烈的氧化作用而导致的爆破，其灾害性极强。

5基岩裂隙水

5.1基岩裂隙水的含义

只有储存在坚硬岩石裂隙中的非可溶性地下水，才被统一归纳在基岩裂隙水的`传统范畴中，根据含水介质的基础特征，可以将地下水分为空隙、裂隙、岩溶3种，但并非在地下水、岩石以及岩石中的空隙这3者之中产生对应关系。贮水空隙系统具有双重空隙介质，在地下水勘探中，关于贮水空隙类型还探索到了新的领域。基岩裂隙水主要存在于受符合地质构造条件的属坚硬或半坚硬的岩石所控制的以裂隙为主的贮水空间，是具有运动、富集规律的地下水。不管是溶蚀裂隙地下水在可溶性岩石中的部分，还是孔隙裂隙水中的半坚硬岩石，都属于基岩裂隙水，而它与其他类型地下水的基本区别，关键在于是不是受地质构造因素的严格控制。岩石含水的裂隙有成岩裂、构造裂和风化裂，主要是依照它的成因来划分的。如果非要与风化裂隙水和成岩裂隙水作比较，那么水源集中、水量较大的必定是构造裂隙。

5.2基岩裂隙水的特点

由于主控因素作用，不同的蓄水构造中分布、富集基岩裂隙水的基本规律和决定主控的因素也基本相同，具有独特的分布和运动规律。我国基岩裂隙水富集的基本特色理论就是蓄水构造系统，其主要特点如下。（1）基岩裂隙水具有复杂多样的埋藏和分布形态。将储存、运移基岩裂隙水的空间和通道，叫做岩石裂隙。基岩裂隙的大小和基岩裂隙的形状，以及控制埋藏和分布裂隙发育带的产状，都是受地质构造、地层岩性、地貌条件等影响的。埋藏、分布不均匀的基岩裂隙水，大多具有不规则的含水层、多种多样形态、分布呈带状的特点[4]。比如用脆性和塑性这两种地层做比较，会产生较强的赋水性。若裂隙发育在褶皱构造中，像褶皱轴、转折、背斜倾伏等处，富水段的形成就会比较容易，而压性断裂破碎带中的赋水性是比较差的。（2）复杂的基岩裂隙水中，由于储存空间中不均匀的介质，埋深程度不同的同一含水层，其地下水的运动状态也各有不同。对于岩石中所要形成和分布的空隙，最基础的因素是地质构造，主要表现在：岩石裂隙的发育和裂隙水的储存都是受地质构造和地层岩性所影响，其中，基岩裂隙水的运动规律也被地质构造所牵制。由于地下水面的不同，即便是在基岩相同的裂缝水中，也是有时而出现无压水，时而出现承压水的情况[5]。层流、管道流、紊流、明渠流水是在岩石裂隙、溶洞的特殊形态作用下形成水运动的不同状态，因此，基岩裂隙水的不均一性以及强烈的方向感，是导致裂隙岩体的透水复杂多样、不具有规律性的根本原因。

6结论

在深埋地下隧道的工程中，比较突出的几大地质难题包括高地应力及岩爆问题、高压涌水突水问题、高地温问题等。此外，还有像地震震害、瓦斯有害气体爆炸以及涌水突泥、围岩塌方、岩溶塌陷、泥屑流等。于是，在这个复杂的、系统的深埋隧道工程中，关于灾害地质的研究，对隧道工程能否顺利开展是关键的一步，在隧道工程施工前应按照隧道工程的各方面具体情况，采取有效、有针对性的防御措施。

参考文献：

[1]重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范：JTGD70—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]上海市隧道工程轨道交通设计研究院，清华大学.隧道工程防水技术规范：CECS370—2014[S].北京：中国计划出版社，2014

[3]孙赤.锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究[D].成都：成都理工大学，2014.

[4]王洪新.土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究[J].土木工程学报，2010（3）：88-92．

[5]武力，屈福政，孙伟，等.基于离散元的土压平衡盾构密封舱压力分析[J].岩土工程学报，2010，32（1）：18-23．

隧道渗漏水原因及其治理措施工学论文

摘要: 随着路桥建设的不断发展,隧道漏水的弊病逐渐显露出来,会缩短道路的使用寿命及带来不安全的因素,所以要加强防水方面的施工。防水,除了施工和技术方面的因素,还要加强管理,只有这样,才能保证工期,创优质工程。本文针对隧道渗漏水,分析了各种原因,提出了以排为主,防、排、截堵相结合的原则,阐述了隧道渗漏水治理措施和方法。

关健词: 隧道;防渗漏;技术因素;治理措施

一、隧道渗漏水的主要原因

引起隧道渗漏水的原因很多,具体原因如下:

1.设计上的原因

(1)由于某种原因,隧道设计在山沟破碎带或断带上又未进行防排水处理,地表水大量补给地下,最终造成隧道渗漏;

(2)对不稳定的地基没有进行处理造成地基不均匀沉降,导致补砌结构出现缝或隙,从而产生渗漏现象;

(3)拆模时间过早,或围岩压力过大超过衬砌体的设计荷载等,都能使衬砌内应力超过其破坏强度而导致隙和缝。

2.施工原因

(1)混凝土没有按放水级配设计施工,在地下水压力较大的地方,由于抗渗标号低于相应水压,从而出现渗水现象。

(2)混凝土捣固不密实,形成蜂窝,因而局部渗漏较多。混凝土在硬化过程中,由于多余水分(未起水滑作用的游离水分)的蒸发,在混凝土中形成透水的开放性毛细管路,尤其是混凝土拌合物在沉降水过程中析出的一部分备挤向上面,一部分聚集在集料颗粒上面形成透水的管。

(3)衬砌混凝土材料中有杂物,腐烂后形成缝隙或孔洞。

(4)灌注混凝土的工作未加处理或处理不当,产生结合不严的漏水缝隙。

(5)先拱后墙或先墙后拱施工的拱墙连接处填不严,形成渗漏。

(6)预留孔洞没有按防水要求处理也会形成渗漏通道。

3.衬砌周围的`天然水PH值超标对衬砌混凝土具有一定的腐蚀性,常见的有碳酸性,酸盐性加镁盐性腐蚀。

二、隧道防水技术及施工措施

1.防水混凝土防渗漏

混凝土是一种非均性材料,从微观上看属于多孔体,体内含有许多大小不同的微细孔隙。这些孔隙或因不同分为施工孔隙(由于浇灌、振捣质量的不良所引起)和构造孔隙(由于配比不当等原因索引起)。防水混凝土是从材料和施工两方面抑制和减少混凝土内部孔隙的生成,改变孔隙的特性(形状和大小),堵塞漏水通路提高混凝土本身密实性来达到防水的目的。它可分为防水混凝土,外加剂混凝土和膨胀水泥防水混凝土三种。

(1)普通防水混凝土

普通防水混凝土是以调整配合比的方法来提高自身的密实度和抗渗性的一种混凝土。要配制出质量良好的防水混凝土,一定要遵循以下技术要求:

a.水灰比不得大于0.6。

b.混凝土的水泥用量不小于300kg/m3。

c.含砂率尾30～40%,灰砂比1∶2～1∶2.5。

(2)外加剂防水混凝土

外加剂防水混凝土是依靠掺入少量有机或无机物外加剂来改混凝土的和易性,提高其密实性和抗渗性,以适应工程防水需要的一种混凝土。按所掺外加剂的种类不同可分为减水剂防水混凝土,加气剂防水混凝土,三醇胺防水混凝土和化铁防水混凝土。

a.防水混凝土

减水剂对水泥有强烈的分散作用,提高了混凝土的和易性。因此掺入减水剂后,可大大降低拌和用水,这样就减少了游离子,可以改善混凝土孔隙的分布,其孔径剂总孔隙率均显著减少,混凝土的密实性和抗渗性从而得提高。在使用时,木钙、糖蜜得掺量占水泥重量的0.2%～0.3%,超过0.3%时,将使用混凝土强度降低剂过分缓凝。

b.加气剂防水混凝土

c.三乙醇胺水防水混凝土

d.氯化铁防水混凝土

氯化铁防水剂的主要成分是三氯化铁和氯化亚铁,掺入适量的氯化铁防水剂,可以大大提高混凝土的抗渗透性。是几种常用外加剂防水混凝土中抗渗性最好的一种。

氯化铁防水剂的掺量一般以3%为宜,掺量过多,对钢筋锈蚀,混凝土干缩和凝结时间都有影响;掺量过少,则效果不显著,水灰比应不大于0.55,拌和水中应扣除防水剂的含水量,水泥用量不少于310kg/m3,坍落度为3～5cm。冬季配置氯化铁防水混凝土时,应采用硅酸水泥,为了加速凝固,可将氯化铁防水剂掺量适当提高但不大于5%。

(3)膨胀水泥混凝土

膨胀水泥混凝土依靠水泥本身在水化硬化过程中形成大量体积增强大的结晶体,并产生一定膨胀能来减少或消除混凝土的体积收缩提高混凝土的抗裂性,从而提高混凝土的防水的能力,这是一种从内因解决混凝土抗渗性的新途径。

2.各种缝隙防漏

混凝土衬砌一般有三种缝隙,即施工缝、伸缩缝、沉降缝。这缝隙都是地下隧道渗漏的主要部位,必须注意处理。

(1)施工缝是衬砌混凝土间歇灌注时造成的,是防水工程的薄弱环节之一。一般在灌注第二次混凝土前,将第一次衬砌接头表面刷洗干净,铺上20～25m厚的水泥砂浆。

(2)沉降缝又称变形缝,是为防止不均匀沉降引起衬砌的开裂而设置的。伸缩缝是考虑混凝土的热胀冷缩而设置的缝隙。这两种缝隙也是渗漏水的主要通道。防水措施有沥青防水、沥青木板或橡胶带防水等方法。其中橡胶防水适用要求较严的衬砌工程。

3.疏排水

对一般性围岩裂隙渗水,采用相应的疏排水措施,将地下水引出,减轻地下水对衬砌结构的压力,有利于更好地进行防水,具体方式常采用盲沟、洞内排水沟及沉井等。

三、防水混凝土工程的施工

防水混凝土工程质量的好坏不仅取决于混凝土本身及其配比,而且施工过程中的各种工序对其质量有一定的影响,因此施工时,必须严格控制施工环节,避免一切可能造成渗漏的隐患。

(1)材料配合比必须认真按设计要求确定。

(2)严格检查、化验各种原材料,确保材料质量。

(3)防水混凝土施工,应尽可能一次浇灌完成,尽可能加长每次砌长度,以减少施工缝。

(4)做好基坑排水工作,严防地下水及地面水流入基坑造成积水,影响混凝土正常硬化,导致混凝土强度及抗渗性下降。

(5)混凝土运输过程中,要防止产生离析和坍落度损失。

(6)混凝土必须振捣密实,采用机械振捣时插入式振捣器插入,间距不超过有效半径的1.5倍,要避免欠振、漏振和过振,要避免振捣器触及模板、止水带及埋设件等。

(7)要加强混凝土的养护,为防止混凝土表面出现裂缝,不宜过早拆模。

四、渗漏水处理施工工艺

1.检查墙面,标出渗漏水部位,根据渗漏水情况,确定处理方案。

对于点及裂纹渗漏水的,采用凿槽堵漏方案;对于面渗漏水的,视渗水轻重程度分别采用堵漏和注浆方案;对于施工缝的渗漏水,将采用注浆方案。但也不是绝对的,要根据具体情况,综合分析漏水原因而采取最适宜的处理方案。

2. 堵漏施工工艺

(1)对于裂缝渗漏水,沿裂缝剔凿出宽深各为20mm、40mm的凹型槽,对于渗漏点,则以渗漏点为圆心凿洞,孔洞直径为10～30mm,深为20～40mm,孔洞尽量保持与基面垂直。另外,凿连续墙槽缝要适当加深加宽,按接缝两边的疏松程度而定。

(2)彻底清理并清洗凹型槽及孔洞;

(3)取适当量的堵漏材料加水拌制成泥状,搓成条形或锥形,迅速将胶泥堵漏到槽(洞)中,并用力挤压密实,保持45～60秒不动。

(4)对漏水情况严重的,将采用注浆施工方案。

3.注浆、引流施工工艺

注浆主要是在施工缝部位,该部位主要是由于浇筑混凝土时处在模板的端头部位,部分施工缝处由于工人施工时操作不到位,混凝土不能完全密实填充,尤其在拱顶部位,这样,该处的膨胀型止水条便起不到止水的作用,同样,由于止水条安装不规范,在施工缝整个断面上,都会有漏水的可能,而这种情况也比较普遍,因此用采注浆的方法可达到较好的堵漏效果。

(1) 查渗漏点

将基层表面擦干,立即均匀撒一层干水泥,若表面有湿点或印湿线,即为漏水孔、缝,从而确定渗漏部位。

(2) 凿眼及钻孔

先以渗漏点为中心点凿一直径约100mm,深度约40mm的凹坑,再用冲击钻或专用打孔设备,自渗漏点向砼内打20mm的孔Ⅰ,孔深200～300mm,以同样的方法在同一断面的拱顶部位打孔。

五、结束语

通过施工实践,采取上述施工技术,很好的控制了结构的渗漏水现象,为同类隧道工程结构的渗漏水处理积累了一些经验,隧道防水,除了施工和技术方面的因素外,加强管理也是一个至关重要的因素。用长远发展的眼光看,只有加强管理,努力提高整体技术水平,才能保证工期,创优质工程,才能获得良好的经济效益和社会效益,企业才能得以发展。

参考文献

1.《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2001)—— 中国工业出版社出版

2.《建筑材料标准汇编——建筑防水材料2003》——中国标准出版社出版

3.公路隧道施工.人民交通出版社,2001.